Daily Archives: 2020-09-24
A feliratok helyes megtervezése
Posted by NYÁKÁRUHÁZ Kft. in Tudásbázis on 2020-09-24Talán meglepő, de a legtöbb probléma a leadott NYÁK terveken nem a rézrétegek rajzolataival van, hanem a pozíciónyomat és az egyes rétegekben elhelyezett feliratokkal. Tapasztalatunk az, hogy általában 10-ből 7 tervben biztos, hogy legalább valamilyen minimális gond van a feliratokkal. Ez nyilvánvalóan azért van, mert ezekről nem beszél senki, és a neten sem találhatóak százával leírások a témában. Így a tervező sem figyel oda rá, és a rézréteg rajzolatainak befejezésével elégedetten dől hátra a székében, pedig a munka itt még korántsem ért véget! A legfontosabb tudnivalók a feliratokhoz a következők.
1. A legkisebb vonalszélesség a feliratok esetén 0,2mm/8mil legyen akár a rézrétegben, akár a pozíciónyomat rétegben vannak elhelyezve! A pozíciónyomat rétegben használjon a lehető legvastagabb vonalakat, a 0,2mm-es szélesség az abszolút minimum, az ennél kisebb vonalszélességű feliratok szinte biztosan halványak, részlegesen olvashatóak vagy elmosódottak lesznek!
2. A feliratokat mindig abba a rétegbe tegyük, amelyben ténylegesen szeretnénk, hogy a NYÁK-on megjelenjen. Ne tegyük a feliratokat pl. a kontúrvonal vagy az “assy” (assembly – beültetést segítő) rétegbe, ha azt szeretnénk, hogy a pozíciónyomat rétegben legyenek jelen a végső NYÁK-on. Ha feliratot egy vagy több rézrétegbe teszünk, akkor különösen ügyeljünk arra, hogy azok vonalvastagsága, és az egyes vonalak közötti szigetelési távolság megfelel a tervezési szabályoknak. Az áramkör működését nyilvánvalóan nem befolyásolja, ha a be nem tartott határértékek miatt a felirat nem sikerül jól, mert pl. a betűk vonalai között túlságosan kicsi a szigetelési távolság. A DRC ellenőrzés viszont nálunk minden egyes ilyen problémás ponton hibát fog adni, amelyeket egyesével kell ellenőriznünk. Ez egy bonyolultabb tervnél nagyon megnövelheti az ellenőrzés idejét, így később kerül majd a terve gyártásba. Feliratot tehát javasolt a pozíciónyomat rétegbe tenni, rézrétegbe pedig csak akkor, ha tényleg szükséges, és akkor is kellő körültekintéssel.
3. Ha a NYÁK terv nem tartalmaz pozíciónyomatot, akkor legalább az egyik rézrétegbe tegyünk feliratot! Erre azért van szükség, hogy egyértelműsítsük, hogy az alkatrészoldalon vagy a forrasztási oldalon van a rajzolat. A tervezőprogramok mindig az alkatrészoldal felől, felülnézetben mutatják a tervet, ezért a forrasztási oldal rajzolatát tükörképben látjuk, tehát a feliratok is tükrözöttek. Ha olyan Gerber fájlt kapunk, ahol a feliratok tükrözöttek, tudjuk, hogy a forrasztási oldalhoz tartoznak, a nem tükrözöttek pedig az alkatrész oldalhoz.
A rétegek megjelölését szolgáló feliratokat a megrendelő kérésére el tudjuk távolítani a tervből, mielőtt a NYÁK gyártása elkezdődne.
4. Az Eagle-t használók figyelmébe: eléggé rossz az Eagle-ben az, hogy alapértelmezetten nem vektoros feliratokat használ, de a Gerber exportáláskor automatikusan átváltja a betűtípusokat vektorosra. Ez azért baj, mert megváltozik a feliratok szélessége és egyéb méretei. A feliratok elkészítésénél ki lehet választani, hogy már eleve vektoros legyen a felirat, és akkor tényleg azt fogjuk látni a tervezéskor, ami a NYÁK-ra kerül.
Az alábbi példa azt szemlélteti, hogy a nem vektoros felirat szélessége a Gerber exportálás után megváltozik (a vektorizálás miatt), és túl fog lógni a kontúrvonalon! Segítség a feliratok vektorossá alakításához itt.
5. A kontúrvonalon kívül eső, illetve a forrszemekre rálógó feliratokat levágjuk.
Kontúrmarás és marás NYÁK-on belül
Posted by NYÁKÁRUHÁZ Kft. in Tudásbázis on 2020-09-24Ma már a nyomtatott áramkörök jelentős része kontúrmart kivitelű. A lemezollós vagy egyéb vágással történő kontúrkialakítás csak akkor használható, ha az összes élnek egyenesnek kell lennie, és nem támasztunk különösebb elvárásokat a vágás igényességét, minőségét illetően. A pooling gyártás miatt nálunk kontúrmart vagy panelizált esetben ritzelt paneleket tud megrendelni. Amennyiben kontúrmart NYÁK-ot rendel, érdemes kihasználni az ebben rejlő lehetőségeket villamos, mechanikai vagy akár csak esztétikai szempontból is.
A kontúr marással történő kialakítása nem mindenki számára olyan egyértelmű, mint például a huzalozás megtervezése. Sokszor nem világos, hogy milyen kontúrt tevezhetünk és milyet nem. Emiatt fontosnak tartjuk ismertetni a legfontosabb paramétereket és kritériumokat az eljárással kapcsolatban.
A marást nem csak a kontúr mentén végezhetjük el, hanem NYÁK kontúrján belül is. Ennek akkor van szerepe, ha valamilyen különleges alakzatban kell az anyagot eltávolítani, például egy illesztés miatt, vagy egy bizonyos alkatrész csak úgy ültethető be, ha a megfelelő helyen (alatta, mellette, stb.) nincsen anyag. Tehát a marás tulajdonképpen mindegy, hogy a kontúr mentén vagy a nyomtatott áramkör kontúrján belül történik, ugyanazok a szabályok vonatkoznak mindkét esetre, a marás alakja pedig – a lejjebb olvasható megkötések mellett – szinte tetszőleges lehet.
A fenti animációt a NYÁK gyártás marási folyamatának szemléltetésére készítettük, a megmunkálás lépései jól láthatóak. A kimart alakzatok megtervezését a következőkben az Eagle szoftver használatával mutatjuk be, de ettől függetlenül az elv bármilyen tervezőszoftverben használható.
A kontúrmarás tervezése
A demonstráció kedvéért egy egészen egyszerű szilárdtest relé kapcsolást terveztem a MOC3041 típusú triak kimenetű optocsatoló adatlapja alapján. Ennek apropóját az adta, hogy az optocsatolóval történő galvanikus leválasztáskor gyakran használunk marást az optocsatolók alatt, hogy az áramkör két oldala közötti szivárgóáramot csökkentsük, amely az esetlegesen nagy potenciálkülönbség miatt jönne létre. Nagyon leegyszerűsítve pedig azt mondhatjuk, hogy ahol “nincs anyag” (csak levegő), ott szivárgóáram sincs.
A kapcsolás és a NYÁK huzalozásának megtervezése után az alábbi kép szerint nézett ki a terv. A kontúr jelenleg csak egy téglalap alak. A 
vonal, 
körív és 
kör rajzolásával ezt a kontúrt tetszőlegesen átrajzolhatjuk, a szükségtelen részeit pedig az 
“Elem törlése” ikon segítségével eltávolíthatjuk. Lássuk, hogyan!
1. lépés
A rácspontokat (
Grid) 0,5mm-re állítottam a rajzolás megkönnyítése érdekében.
2. lépés
Most készítsünk egy 1,5mm sugarú lekerekítést a bal alsó sarokba körív rajzolással! Ügyeljünk arra, hogy a rétegek közül a 20 Dimension legyen kiválasztva ( ikon mellett jobbra), azaz a kontúr rétegben rajzoljunk, és a vonalszélesség 0mm legyen. (Az újabb Eagle 9.x verziókban a 0mm-es vonalszélességet sajnos nem exportálja ki a szükséges Gerber fájlokba, ezért ott valamilyen 0-tól eltérő, minimális szélességet állítsunk be.)
3. lépés
Töröljük ki a felesleges sarkot a kontúrból: az Elem törlése ikon kiválasztása után kattintsunk az eltávolítani kívánt részekre!
4. lépés
Rajzoljunk egy 3mm széles beugró részt az alábbi kép szerint, ahova egy M3-as csavar beilleszthető rögzítőelemként. Használjuk a körív és az Elem törlése funkciót!
5. lépés
Ismételjük meg a műveletet minden sarokban!
Ha a kontúron kívül további marást nem szeretnénk kérni, akkor ezen a ponton véget is érhet a tervezés, a Gerber fájlok exportálása megkezdődhet. Erről bővebben itt írtunk.
Marás NYÁK-on belül
A NYÁK gyártás során marást NYÁK-on belül is kérhetünk, amelyet ugyanúgy rajzolhatunk a 20 Dimension rétegbe, vagy válszthatjuk a 46 Milling réteget is ( ikon mellett jobbra). A különbség ilyenkor mindössze annyi, hogy ez utóbbi esetben az Eagle ezt más színnel jelzi. Ezután az igényeinknek és a technológiai korlátoknak megfelelő alakzatokat berajzolhatjuk. Ez jelen példában így néz ki:
A Gerber exportnál a .MILLING kiterjesztésű fájlba a 20 Dimension és a 46 Milling rétegeknek kell bekerülniük. A többi réteg is tartalmazhatja 20 Dimension és a 46 Milling rétegeket, különösebb jelentősége ennek nincsen, mert a gyártás előkészítésekor ezeket eltávolítjuk.
A kontúrt (20 Dimension) nem szükséges minden Gerber fájlba kiexportálni, ugyanis ha a rétegek egymástól elcsúszva jelennének meg, általában számos más módszerrel a helyükre tudjuk igazítani őket.
Természetesen a marás tervezéskor nem feltétlenül szükséges a 20 Dimension és a 46 Milling rétegekben dolgozni (bár célszerű arra használni az egyes rétegeket, amire kitalálták őket), a lényeges szempont, hogy a marni kívánt rétegek mindig a .MILLING vagy .GKO kiterjesztésű Gerber fájlba kerüljenek.
A marás végeredményét az alábbi kép mutatja.
A marás korlátai
Érdemes tisztázni, hogy a megmunkálás – a fúráshoz hasonlóan – egy olyan marószerszámmal történik, amelynek átmérője nagyobb, mint 0mm. Ez azért fontos, mert a maróátmérő szabja meg majd azt a minimális rádiuszt a sarkokban, amellyel tervezhetünk. Vagyis az olyan helyeken, ahol a szomszédos élek 180 foknál kisebb szöget zárnak be egymással, egész biztosan keletkezik a sarokban egy rádiusz (lekerekítés).
Megjegyezendő továbbá, hogy a NYÁK terven – a marószerszám átmérőjétől teljesen függetlenül – mindig a készméreteket kell megrajzolni. Ha például egy 20mm készátmérőjű kört szeretnénk marni, akkor annak a rajzon is 20mm-es átmérőjűnek kell lennie. (A szükséges rádiuszkompenzációt a marógép szoftvere végzi el, és az alapján generálja a tényleges szerszámpályát.). Teljesen mindegy hogy milyen szélességű vonallal rajzolja meg a kontúrt, mert a kontúrvonal középvonalát fogjuk a kontúrként értelmezni.
Esetünkben a minimális rádiusz 0.3mm, azaz legalább 0.6mm átmérőjű maróval végezzük a megmunkálást, ami azt is jelenti, hogy két párhuzamos oldal között legalább 0.6mm távolságnak kell lennie, hogy “beférjen” a maró.
Az alábbi ábra szemlélteti, hogy mely részei munkálhatóak meg a kontúrnak a rajz szerint a NYÁK gyártás során.
Előfordulhat olyan eset, hogy a NYÁK-on belüli marási rajzolat egyáltalán nem tartalmaz lekerekítéseket, például téglalap alakú. Ebben az esetben a sarkokban a gyártás során keletkezik majd egy-egy minimum 0.3mm-es lekerekítés, mert oda a szerszám egyszerűen nem fér be. Így a NYÁK tervben nem lekerekített belső sarkok rádiuszát az fogja megszabni, hogy éppen milyen átmérőjű szerszám van használatban, ugyanis a marás azzal történik majd.
Ebből következik, hogy a marás technológiája miatt teljesen sarkos, lekerekítés nélküli alakzatok nem marhatóak, ha 180 foknál kisebb szöget zárnak be egymással a marni kívánt élek.
Fontos továbbá, hogy a kontúrnak vagy a belső marásoknak kivétel nélkül egy-egy folytonos vonalnak kell lenniük. A kontúrból vagy belső marásokból elágazó rajzolatrészekre nem lehet egyértelmű szerszámpályát generálni, ezért ezeket figyelmen kívül hagyjuk. Az alábbi ábrán a kontúrból kiálló kis rajzolatrészen (sárgán karikázva) nem fog a marószerszám végigmenni!
A fentiektől függetlenül a lekerekítés nélküli vagy elágazó kontúrral rendelkező rajzokat is elfogadjuk a NYÁK gyártás alapjaként, de ebben az esetben a terv és a valóság között az imént említett különbség fog jelentkezni, amiért felelősséget vállalni nem tudunk. Ezért javasoljuk mindenkinek, hogy a vázolt korlátokat figyelembe véve tervezzen, így kézhez vételkor nem éri majd meglepetés.
Forrszemek és réz a NYÁK szélén a kontúrvonalon
Esetenként előfordul, hogy arra van igény, hogy a rézfólia a NYÁK széléig kiérjen, vagy olyan (akár galvanizált vagy nem galvanizált) furatok vannak a NYÁK tervben, amelyek félig kilógnak a kontúrból. Ezek azért speciális esetek, mert a réznek és az üvegszálas FR4 hordozónak eltérőek az ideális forgácsolási paraméterei. A réz puha, az üvegszál pedig erősen abrazív (koptató) tulajdonságú anyag. Az FR4-et jelen pillanatban a leggazdaságosabban gyémántbevonatos maróval tudjuk kontúrmarni, mivel a bevonat miatt az élettartama többszöröse egy bevonat nélküli keményfém vagy gyorsacél marónak. A gyémántbevonatos szerszámok azonban nem olyan élesek, mint a bevonat nélküli marók – ez a szerszámgyártás technológiája miatt van így. Ez azt okozza, hogy ezek a marók bár rendkívül jól teljesítenek az FR4 marásakor, a réznél viszont katasztrófális a végeredmény. A rezet felgyűrik, miközben az FR4-ben gyönyörűen haladnak.
Ha mindenképpen arra van szükség, hogy a réz kiérjen a NYÁK széléig, vagy kontúrmaráskor a maró galvanizált furatokat vagy forrszemeken fog keresztül menni, ott nem használhatunk CVD bevonatos marót, csak hagyományos keményfémet. Ezek élettartama azonban rövidebb, így ez drágítani fogja a gyártást. Tehát a félig elmart furatokat vagy a NYÁK széléig kiérő rezet csak akkor javasoljuk, ha erre feltétlenül szükség van, és ebben az esetben egyedileg adunk árajánlatot a gyártásra.
Furatgalvanizálás: mi lesz galvanizált és mi nem?
Posted by NYÁKÁRUHÁZ Kft. in Tudásbázis on 2020-09-24A NYÁK tervezésben kezdő ügyfeleinktől szoktuk azt a kérdést kapni, hogy hogyan kell jelölni, ha egy kétrétegű NYÁK terven egy furatot galvanizálva szeretnének elkészíttetni. Az első legyártatott NYÁK kézbe vétele után általában egyből jön a “megvilágosodás” a kérdéssel kapcsolatban, de szeretnénk megelőzni a félreértéseket a témával kapcsolatban.
Tipikus kérdések a furatgalvanizálás témakörében
- Ha azt szeretném, hogy egy kétoldalas NYÁK-on egy furat galvanizálva legyen, akkor az adott forrszemet le kell tennem az alkatrész és a forrasztási oldalra is?
- Ha azt szeretném, hogy egy kétoldalas NYÁK-on egy furat galvanizálva legyen, akkor azt egy via lerakásával tudom elérni?
- Mi fogja meghatározni egyáltalán a tervemen, hogy egy furat galvanizáltan lesz legyártva vagy galván nélkül?
Az első kérdésre az a válasz, hogy teljesen felesleges egy-egy forrszemet kétszer letenni a tervben, mert az átmenőfuratos forrszemeket már alapértelmezetten úgy teszi le a tervezőszoftver, hogy az mindkét oldalon jelen van. Semmiképpen ne tegyen le egymásra furatokat, forrszemeket! SMD forrszemek esetében azok csak az egyik oldalra kerülnek rá, mégpedig arra, amelyiket kiválasztja a tervező.
A második kérdésre adott válasz kicsit összetettebb. Egy via lerakásával természetesen furatgalvanizált furathoz jutunk, amely segítségével átvezethetjük egyik oldalról a másikra az adott villamos jelet. Ezt azonban nem csak így valósíthatjuk meg.
A megértéshez szükséges az az ismeret, hogy a kétrétegű NYÁK gyártásának folyamata a következő:
- Alapanyag fúrása
- Furatgalvanizálás
- Fotoreziszt réteg felvitele (negatív ábra)
- Rajzolatgalvanizálás
- Óngalvanizálás (pozitív ábra)
- … itt több más folyamat szerepel, amely a jelen témában nem fontos…
Tehát a fotoreziszt réteg felvitele után egy ónréteg galvanizálása történik meg. Erre azért van szükség, mert a lúgos maratószer reakcióba lép a rézzel, az ónnal viszont nem (szelektív maratás), így az ón szerepe ebben az esetben csak a maszkolás. Minden olyan furatot maszkolni fog az ónréteg (azaz minden olyan furat galvanizált lesz), ahol a Gerber fájlokban forrszem vagy flash van. Ha egy adott fúrási pont helyén a rézrétegekben nincsen sem forrszem, sem pedig flash, akkor az előzőleg már furatgalvanizáláson átesett furatból furatgalván nélküli furat lesz a maratás során.
A harmadik kérdésre adott válasz: a mi gyártás előkészítési szabályaink alapján azokat a furatokat tekintjük galvanizálandónak, amelyek körül forrszem van mindkét oldalon, és legalább a technológiai határértékeknek megfelelő maradékgyűrűvel, nagyobb a furathoz képest, pl. 1oz (35um) réz esetén oldalanként min. 0.15mm-rel nagyobb, azaz átmérőben 0.3mm-rel nagyobb, mint a furat. Nincsen más szabály, amit figyelembe vennénk azzal kapcsolatban, hogy mely furatok legyenek galvanizáltak és melyek ne.
Az alábbi kép azt mutatja, hogy a lerakott forrszemek és via-k mind furatgalvanizáltak lesznek a gyártáskor, mert a furatokat forrszem veszi körül (függetlenül attól, hogy egy IC lábának forrszemeiről vagy egy via-ról van szó). Tehát pl. az IC lábainál lévő furatgalván is használható arra, hogy átvezessünk az egyik oldalról a másikra egy-egy vezetőt rajta keresztül, nem szükséges külön via-t lerakni ebből a célból. A 3D ábrán a furatgalvánt szürke színnel jelöltük. A furatgalván két oldalán levő forrszemek átmérőjének nem kell megegyezniük. Erre akkor lehet szükség, ha az egyik oldalon helyhiány van, és pl. egy vezetőt csak úgy lehetne elvinni, ha az egyik oldalon a forrszem kisebb, mint a másik oldalon. Ennek semmi akadálya, a furat ekkor is galvanizált lesz.
A szigetelési távolság méretezése
Posted by NYÁKÁRUHÁZ Kft. in Tudásbázis on 2020-09-24Esetenként (vagy akár állandóan 
) előfordulhat, hogy helyhiánnyal küzdünk, és az áramkört muszáj egy adott méretbe belezsúfolni. Ilyenkor általában le kell mondanunk a “szellős design”-ról, és minél közelebb kell egymás mellett és az alkatrészek között elvinnünk a vezetősávokat. Ebben a cikkben az IPC-2221A szabvány által ajánlott értékeket mutatjuk be.
A szabvány a vezetők NYÁK-on való elhelyezkedésétől, szigetelésétől és a használat tengerszint feletti magasságától függően hét osztályba sorolja a lehetséges eseteket az alábbi táblázat szerint.
B1 - Belső vezetők
Többrétegű NYÁK-okban a belső rétegeken levő vezetők és via-k közötti minimális szigetelési távolság.
B2 - külső, nem bevont vezetők, 3050m tengerszint feletti magasságig
Lötstop vagy egyéb bevonat nélküli vezetők minimális szigetelési távolsága. Ez általában sokkal nagyobb, mint a bevonattal rendelkező esetben.
B3 - külső, nem bevont vezetők, 3050m tengerszint feletti magasságig
Lötstop vagy egyéb bevonat nélküli vezetők minimális szigetelési távolsága. Ez általában még nagyobb, mint a B2-es esetben.
B4 - külső, bevont vezetők, bármely tengerszint feletti magasságig
A lötstop (polimer) réteggel bevont vezetők közötti minimális szigetelési távolság. Ebbe nem értendők bele a forrasztásgátló lakkréteggel nem bevont forrszemek. Azok között az A6-os kategóriában megadott távolságokat kell alkalmazni.
A B4 kategóriába tartoznak a különböző háztartási gépek, számítógépek és irodai eszközök, de nem tartoznak ide a durva, párás vagy szennyezett (akár ipari) környezetben működő panelek.
A5 - külső, teljesen bevont vezetők, bármely tengerszint feletti magasságig
A beültetés után általában akril, szilikon vagy poliuretán alapú anyaggal bevont áramkört jelenti (alakkövető bevonat). A bevonat a beültetett alkatrészeket is lefedi, tehát nem csak a vezetősávoknak, hanem a teljes panelnak védelmet nyújt. Ilyen paneleket általában ipari környezetben és katonai felhasználásra gyártanak. Ha az alakkövető bevonat mellett lötstoppot is használunk, akkor érdemes figyelembe venni a két anyag kompatibilitását (pl. az alakkövető bevonat oldószere nem oldja-e a lötstop réteget?).
A6 - külső rétegeken elhelyezkedő alkatrészek nem bevonatolt lábai, kivezetései 3050m tengerszint feletti magasságig
Azok az alkatrészek, amelyek forrasztási pontjai semmilyen formában nem bevonatoltak. A panel a lötstop réteg mellett további bevonatot is hordoz részben vagy egészben. A kereskedelemben a B4/A6 kombináció a legelterjedtebb. Olyan paneleken alkalmazzák, ahol várhatóan nem szükséges javítást végezni, mert az alakkövető bevonat eltávolítása nehézkes lenne vagy károsítaná az alkatrészeket.
A7 - külső rétegeken elhelyezkedő alkatrészek bevonatolt lábai, kivezetései bármely tengerszint feletti magasságig
A beültetés után alakkövető bevonattal ellátott alkatrész kivezetések.
A vezetők és az alkatrészek kivezetései között levő távolságot alapesetben – az ésszerűség határain belül – a lehető legnagyobbra érdemes választani, hogy a fellépő szivárgóáramokat minimálisra csökkentsük. A táblázatban levő értékek nem csak a vezetők, hanem a vezető rétegek, és az egyéb vezető tulajdonságú szerelvények (pl. hűtőborda, doboz, előlap) közötti távolságra is érvényesek.
Gyakorlati példa
Az 500V-os feszültségekig a megfelelő kategória oszlopából könnyen kiválasztható, hogy egy adott esetre milyen minimális értéket ajánl a szabvány.
Az 500V feletti feszültségek esetén azonban nem biztos, hogy mindenki számára egyértelmű a táblázat használata. Ilyenkor a táblázat utolsó sorában szereplő értéket kell hozzáadni a “301-500V” jelölésű sor megfelelő eleméhez. Tehát, ha pl. 1200V-ra szeretnénk méretezni a szigetelési távolságot egy olyan panelen, amely a B4 kategóriába tartozik, akkor azt az alábbiak szerint kell számolni.
1200V – 500V = 700V
0,8mm + (700V * 0,00305mm) = 2,935mm [116mil]
Ez azt jelenti, hogy egy olyan panelon, ahol a vezetők között 1200V-os csúcsfeszültség léphet fel, minimum 2,935mm az ajánlott szigetelési távolság a vezetősávok között.
A vezetősávok méretezése
Posted by NYÁKÁRUHÁZ Kft. in Tudásbázis on 2020-09-24A nyomtatott áramkörök tervezésénél a vezetősávok szélességét alulról a gyártástechnológiai, felülről pedig a méretbeli lehetőségek korlátozzák. Kézenfekvő tehát, hogy olyan szélességű vezetősávokat hozzunk létre, amelyek biztosan legyárthatóak az elvárt minőségben, és emellett helytakarékosak (költséghatékonyak) is. De vajon mely paraméterek befolyásolják azt, hogy milyen geometriai méreteket ajánlott egy adott helyre tervezni? A következőkben erre keressük a választ.
Egy áramkör alapvetően azért melegszik, mert az egyes alkatrészeken az átfolyó áram valamilyen mértékű veszteséget hoz létre. Az áramkör részének tekinthetők a vezetősávok is, nem csak a beültetendő passzív és aktív alkatrészek. A vezetősávok anyaga általános esetben 35µm vastagságú rézfólia. Mivel ez a méret adott, csak a szélességét kell meghatároznunk.
Az igazsághoz hozzátartozik, hogy ma már az áramkörök döntő hányada 2 vagy többrétegű, így a furatgalvanizálás is elkerülhetetlen. A furatgalvanizálás során azonban nem csak a furat falára kerül réz, hanem magára a rajzolatra is. Általában a galvanizálás előtti kiinduló rézfólia vastagság általában 18µm, amelyre kb. 20-25µm vastagságú galvánréz réteg rakódik le. Emiatt a tényleges rézvastagság biztosan több lesz, mint 35µm.
A vezetősáv szélessége attól függ, hogy adott értékű átfolyó áram mellett mekkora hőmérséklet emelkedést (a táblázatban ∆T = 10…45°C között) szeretnénk megengedni rajta. Ez a hőmérséklet különbség természetesen nem pillanatszerűen jön létre, hanem exponenciálisan növekedve éri el a végértéket. Az pedig, hogy ez az idő mekkora, a vizsgált áramkör hőtehetetlenségétől függ.
A nyomtatott áramkörök tervezésének általános szabványa bizonyos peremfeltételek mellett az 1. táblázatban szereplő értékeket ajánlja minimum kiinduló értékeknek.
A táblázat értékei az 1 vagy többrétegű NYÁK-ok külső rétegeinek 35µm vastagságú vezetőire érvényesek, 25°C kiinduló hőmérséklet mellett, feltételezve, hogy a vezetősáv teljes területe sokkal kisebb, mint a hordozó áramköri lapé, és a vezetőben egyenáram folyik.
1. táblázat A vezetősávok minimális szélessége a
külső rétegeken a vezetett áram függvényében.
2. táblázat A vezetősávok minimális szélessége a
belső rétegeken a vezetett áram függvényében.
A táblázat értékeit alapul véve készítettem egy diagramot (1. diagram), amely a grafikus leolvasáshoz szokott olvasóknak lehet segítség.
1. diagram Segédlet a minimális vezetőszélesség meghatározásához a
NYÁK külső rétegein, adott hőmérséklet emelkedés mellett.
2. diagram Segédlet a minimális vezetőszélesség meghatározásához a
NYÁK belső rétegein, adott hőmérséklet emelkedés mellett.
Gyakorlati példa
Tehát, ha például a külső rétegen 20A-es áram fog folyni a vezetőn, és maximum 30°C-os melegedést engedünk meg rajta, akkor a táblázatból leolvasható, hogy 378mil, azaz 9,6mm széles vezetősávot kell terveznünk. A diagramból a narancssárga görbe 20A-hez tartozó pontjának levetítésével ugyanezt az értéket kapjuk. A belső rétegeken a kisebb hőleadás miatt szélesebb vezetők szükségesek (2. táblázat, 2. diagram).
Ahogy a fentiekben írtam, ezek az adatok csak kiinduló értékek, ajánlások. Minden konstrukció más és más, ezért lehetetlen minden helyzetre érvényes “képletet” vagy egyszerű számítást megadni. További ökölszabály, hogy a megadott vezetőszélességeket csökkenteni lehet 15%-kal, ha a panel vastagsága 0,8mm vagy az alatti.
Amennyiben egymáshoz közel több hasonló áramot vezető sáv fut, érdemes a szélességüket növelni, különben együtt nagyobb hőmérséklet emelkedést hoznak majd létre.
A fent leírtakon kívül szükséges figyelembe venni a panelon elhelyezkedő alkatrészek melegedését is. Ha pedig túlságosan szélesnek kellene lennie egy adott vezetősávnak, úgy érdemesebb ónnal befuttatva elérni a kívánt keresztmetszetet (terhelhetőséget). Itt, a cikk végén ismét szeretném hangsúlyozni, hogy a fenti értékek DC, azaz egyenáram esetén érvényesek. Kapcsolóüzemű tápegységek, inverterek, indukciós hevítők, rádióadók és más nagyfrekvenciás eszközöknél a Skin-hatással is számolni kell a tervezéskor.
A ma széleskörűen használt PWM-mel (Pulse Width Modulation – impulzusszélesség moduláció) működő teljesítményelektronikai áramköröknél mindig a vezetősávokat igénybevevő áram effektív értékével kell számolni, ami induktív terhelés esetén jelentősen eltérhet a kimeneti feszültség alakjától. Ha multiméterrel mérünk hullámos egyenáramot, akkor figyeljünk arra, hogy a műszerünk “True RMS”, azaz valódi effektív értéket mérjen. (Az ilyen műszerek mindig drágábbak a számított effektív értéket mutató műszereknél.)